高分子人工筋肉アクチュエータの分布定数系モデリングと生物模倣型制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 19760169
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 高木 賢太郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60392007)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,810千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 510千円); 2009年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2008年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2007年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: イオン導電性高分子 / Ionic Polymer Metal Composite / 高分子アクチュエー / モデル化 / 分布定数系 / 電場応力拡散結合 / 高分子アクチュエータ / 非線形性 / 高分子センサ

研究概要

筋肉のように柔軟なイオン導電性高分子(IPMC)アクチュエータについて,数理モデルを導き,シミュレーション,実験により確認を行った.得られたモデルを用いたシミュレーションでは,一定電場でも応力が緩和する特性や,インピーダンスの分布的な周波数特性を再現できた.またモデルは線形状態方程式で表現され,シミュレーションや解析が容易である.今後提案した数理モデルを利用し,アクチュエータの解析や統合設計への応用が期待される.

研究成果

• [雑誌論文] Robust PID force control of IPMC actuators (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Sano, K. Takagi, S. Sato, S. Hirayama, N. Uchiyama, K. Asaka
  • 雑誌名: Proceeding of SPIE Vol.7642
• [雑誌論文] Robust PID force control of IPMC actuators (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Sano, K.Takagi, S.Sato, S.Hirayama, N.Uchiyama,K.Asaka
  • 雑誌名: Proceeding of SPIE 7642(CD-ROM)
• [雑誌論文] IPMCによるセルフセンシングアクチュエータ開発のための基礎実験 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野滋則, 高木賢太郎, 森和紀, 内山直樹, 高木章二
  • 雑誌名: SICE SI部門講演会講演論文集
• [雑誌論文] State Space Modeling and Simulation of Ionic Polymer Actuators, 4th Conference on Artificial Muscles and the 5th World Congress on Biomimetics (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, T. Osada, K. Asaka
  • 雑誌名: Artificial Muscles and Nano-Bio ページ: 25-28
• [雑誌論文] IPMCアクチュエータの非線形な入出力特性の実験的検証 (2009)
  • 著者名/発表者名: 椎葉賢一郎, 高木賢太郎, 安積欣志
  • 雑誌名: 第27回日本ロボット学会学術講演会予稿集
• [雑誌論文] A Study on the Discretization of a Distributed RC Circuit Model (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, I. Jikuya, G. Nishida, B. Maschke, K. Asaka
  • 雑誌名: Proceedings of ICCAS-SICE 2009 ページ: 677-680
  • NAID: 120002261686
  • 査読あり
• [雑誌論文] IPMCアクチュエータを用いたロバストな力制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤侑, 佐野滋則, 高木賢太郎, 内山直樹, 高木章二
  • 雑誌名: 日本機械学会東海支部第58期講演会論文集 ページ: 203-204
• [雑誌論文] Distributed parameter system modeling of IPMC actuators with the electro-stress diffusion coupling theory (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, T. Osada, K. Asaka, Y. Hayakawa, Z.W. Luo
  • 雑誌名: Proc. SPIE Vol.7287
• [雑誌論文] A Study on the Discretization of a Distributed RC Circuit Model (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Takagi, I.Jikuya, G.Nishida, B.Maschke, K.Asaka
  • 雑誌名: Proceedings of ICCAS-SICE 2009 ページ: 677-680
  • NAID: 120002261686
  • 査読あり
• [雑誌論文] IPMCアクチュエータの非線形な入出力特性の実験的検証 (2009)
  • 著者名/発表者名: 椎葉賢一郎, 高木賢太郎, 安積欣志
  • 雑誌名: 第27回日本ロボット学会学術講演会講演論文集 (CD-ROM)
• [雑誌論文] State Space Modeling and Simulation of Ionic Polymer Actuators (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Takagi, T.Osada, K.Asaka
  • 雑誌名: 4th Conference on Artificial Muscles and the 5th World Congress on Biomimetics, Artificial Muscles and Nano-Bio ページ: 25-28
• [雑誌論文] IPMCによるセルフセンシングアクチュエータ開発のための基礎実験 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野滋則, 高木賢太郎, 森和紀, 内山直樹, 高木章二
  • 雑誌名: SICE SI部門講演会 講演論文集 (CD-ROM)
• [雑誌論文] A Numerical Study on the Hamiltonian Discretization of the Transmission Line: Toward the Modeling for the Fractal-Like Rough Electrodes of Ionic Polymer Actuators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, B. Maschke, G. Nishida, K. Asaka
  • 雑誌名: 第9回SICEシステムインテグレーション部門講演会論文集 ページ: 293-294
• [雑誌論文] State Space Modeling of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators based on Electrostress Diffusion Coupling Theory (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Osada, K. Takagi, Y. Hayakawa, Z.W. Luo, K. Asaka
  • 雑誌名: Proc. of the 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) ページ: 119-124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-Scale Distributed Port-Hamiltonian Representation of Ionic Polymer-Metal Composite (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Nishida, K. Takagi, B. Maschke, Z.W. Luo
  • 雑誌名: Proc. of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control (IFAC) ページ: 2300-2305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distributed Impedance Model of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, K. Asaka, G. Nishida, Y. Nakabo, Z.W. Luo
  • 雑誌名: Advances in Science and Technology Vol.61 ページ: 157-162
• [雑誌論文] Frequency response characteristics of IPMC sensors with current/voltage measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, N. Kamamichi, et al.
  • 雑誌名: Proc. SPIE Vol.6927 ページ: 692724-692724
• [雑誌論文] 応力緩和現象を考慮したIPMCアクチュエータの線形分布定数モデル (2007)
  • 著者名/発表者名: 高木賢太郎, 長田高明, ほか2名
  • 雑誌名: 第8回SICEシステムインテグレーション部門講演会論文集 ページ: 225-226
• [雑誌論文] IPMCアクチュエータの応力緩和現象を考慮した状態空間モデル (2007)
  • 著者名/発表者名: 長田高明, 高木賢太郎, ほか2名
  • 雑誌名: 日本機械学会Dynamics and Design Conference論文集 633
• [雑誌論文] IPMCセンサの周波数応答特性II:モデルによる検討 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高木賢太郎, 釜道紀浩, ほか4名
  • 雑誌名: 第25回日本ロボット学会学術講演会予稿集
• [学会発表] Robust PID force control of IPMC actuators, SPIE Smart Structures and Materials (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Sano, K. Takagi, S. Sato, S. Hirayama, N. Uchiyama, K. Asaka
  • 学会等名: Town and Country Convention Center
  • 発表場所: Town and Country Convention Center (San Diego, USA)
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] Robust PID force control of IPMC actuators (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Sano,K.Takagi, S.Sato, S.Hirayama, N.Uchiyama, K.Asaka
  • 学会等名: SPIE Smart Structures and Materials
  • 発表場所: Town and Country Convention Center (San Diego)
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] IPMCによるセルフセンシングアクチュエータ開発のための基礎実験 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野滋則, 高木賢太郎, 森和紀, 内山直樹, 高木章二
  • 学会等名: SICE SI部門講演会
  • 発表場所: 芝浦工業大学(東京)
  • 年月日: 2009-12-24
• [学会発表] State Space Modeling and Simulation of Ionic Polymer Actuators (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, T. Osada, K. Asaka
  • 学会等名: 4th Conference on Artificial Muscles and the 5th World Congress on Biomimetics, Artificial Muscles and Nano-Bio
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター(大阪)
  • 年月日: 2009-11-25
• [学会発表] IPMCアクチュエータの非線形な入出力特性の実験的検証 (2009)
  • 著者名/発表者名: 椎葉賢一郎, 高木賢太郎, 安積欣志
  • 学会等名: 第27回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 横浜国立大(横浜)
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] A Study on the Discretization of a Distributed RC Circuit Model (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, I. Jikuya, G. Nishida, B. Maschke, K. Asaka
  • 学会等名: ICCAS-SICE 2009
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡)
  • 年月日: 2009-08-18
• [学会発表] IPMCアクチュエータを用いたロバストな力制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤侑, 佐野滋則, 高木賢太郎, 内山直樹, 高木章二
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第58期講演会
  • 発表場所: 岐阜大学
  • 年月日: 2009-03-18
• [学会発表] Distributed parameter system modeling of IPMC actuators with the electro-stress diffusion coupling theory (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, T. Osada, K. Asaka, Y. Hayakawa, Z.W. Luo
  • 学会等名: SPIE Smart Structures and Materials/NDE
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2009-03-12
• [学会発表] Distributed parameter system modeling of IPMC actuators with the electro-stress diffusion coupling theory (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, T. Osada, K. Asaka, Y. Hayakawa, Z. W. Luo
  • 学会等名: SPIE Smart Structures and Materials/NDE
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2009-03-12
• [学会発表] A Numerical Study on the Hamiltonian Discretization of the Transmission Line: Toward the Modeling for the Fractal-Like Rough Electrodes of Ionic Polymer Actuators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, B. Maschke, G. Nishida, K. Asaka
  • 学会等名: 第9回SICEシステムインテグレーション部門講演会
  • 発表場所: 長良川国際会議場
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] A Numerical Study on the Hamiltonian Discretization of the Transmissi on Line : Toward the Modeling for the Fractal-Like Rough Electrodes of Ionic Polymer Actuators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takag, B. Maschke, G. Nishida, K. Asaka
  • 学会等名: 第9回SICEシステムインテグレーション部門講演会
  • 発表場所: 長良川国際会議場
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] State Space Modeling of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators based on Electrostress Diffusion Coupling Theory (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Osada, K. Takagi, Y. Hayakawa, Z.W. Luo, K. Asaka
  • 学会等名: 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] State Space Modeling of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators based on Electrostress Diffusion Coupling Theory (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Osada, K. Takagi, Y. Haydkawa, Z. W. Luo. K. Asaka
  • 学会等名: 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Nice, France
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] Distributed Impedance Model of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, K. Asaka, G. Nishida, Y. Nakabo, Z.W. Luo
  • 学会等名: The 3rd International Conference Smart Materials, Structures and Systems (CIMTEC2008)
  • 発表場所: Acireale (Italy)
  • 年月日: 2008-06-12
• [学会発表] Distributed Impedance Model of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, K. Asaka, G. Nishida, Y. Nakabo, Z. W. Luo
  • 学会等名: The 3 rd International Conference Smart Materials, Structures and Systems (CIMTEC 2008)
  • 発表場所: Acireale, Italy
  • 年月日: 2008-06-12
• [学会発表] Frequency response characteristics of IPMC sensors with current/voltage measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, N. Kamamichi, et al.
  • 学会等名: SPIE Smart Structures and Materials/NDE
  • 発表場所: SanDiego Convention Ctr. USA
  • 年月日: 2008-03-11
• [学会発表] Frequency response characteristics of IPMC sensors with current/voltage measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Takagi, N. Kamamichi, et. al.
  • 学会等名: SPIE Smart Structures and Materials/NDE
  • 発表場所: SanDiego Convention Ctr.
  • 年月日: 2008-03-11
• [学会発表] Multi-Scale Distributed Port-Hamiltonian Representation of Ionic Polymer-Metal Composite (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Nishida, K. Takagi, B. Maschke, Z.W. Luo
  • 学会等名: The 17th World Congress The International Federation of Automatic Control (IFAC)
  • 発表場所: Seoul( Korea)
• [学会発表] Multi-Scale Distributed Port-Hamiltonian Representation of Ionic Polymer-Metal Composite (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Nishida, K. Takagi, B. Maschke, Z. W. Luo
  • 学会等名: The 17 th World Congress The International Federation of Automatic Control (IFAC)
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] 応力緩和現象を考慮したIPMCアクチュエータの線形分布定数モデル (2007)
  • 著者名/発表者名: 高木賢太郎, 長田高明, ほか2名
  • 学会等名: 第8回SICEシステムインテグレーション部門講演会
  • 発表場所: 広島国際大学
  • 年月日: 2007-12-20
• [学会発表] IPMCアクチュエータの応力緩和現象を考慮した状態空間モデル (2007)
  • 著者名/発表者名: 長田高明, 高木賢太郎, ほか2名
  • 学会等名: 日本機械学会Dynamics and Design Conference
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2007-09-28
• [学会発表] IPMCセンサの周波数応答特性II:モデルによる検討 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高木賢太郎, 釜道紀浩, ほか4名
  • 学会等名: 第25回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 千葉工業大学
  • 年月日: 2007-09-15